七、废水
废水（wastewater）或下水道（sewage）指社区已用过之水源，包括：
（１） 家庭水媒废物，包括人类排泄物及洗濯水，家庭与城市之排出物，并流入下水系统。
（２）工业水媒废物，如酸、油、滑油，及工厂排出之动植物物质。
（３）进入废水系统之地下水、地面水及大气雨水。
城市废水以系统汇集，流入处理厂清理之。废水系统有3种，（1）卫生下水道（sanitary sewer）：排送家庭与工业污水，（2）暴风雨下水道（storm sewer）：为排送地表水与雨水而设计，（3）合并下水道（combined sewer）：排送卫生下水道与暴风雨下水道之废水。
１. 废水之特征
废水之物理化学及微生物等特征，可谓包罗万象，如欲设计处理厂以处理废水，宜先了解此因子。
（１） 废水之理化特征
废水约含99.9﹪之水份，悬浮固体物之含量极微，故ppm以表示，废水中之固体含量介于数ppm至100ppm。此量虽小，但都市大型废水处理厂每日之处理体积惊人，可达数亿加仑，内含固体物数公吨。至化学组成，虽浓度低，但极重要，其种类与含量因社区而异，且时时改变。水源之原来无机化学物质也见于废水。有机化合源自人类排泄物与其它家庭废物。工业废物增加无机与有机化合物，例如屠宰场、糖厂、纸浆厂及奶酪制造厂加入有机物质；化学与金属工业则促成酸、金属之盐类与其它无机化学废物。
代近技术已改变废水特征，家庭垃圾清理单位之使用，已增加废水之总有机负荷量。合成清洁剂大量取代肥皂，对于有效处理废水所需之微生物族群产生不利影响。
（２）微生物特征
霉菌、原虫、藻类、细菌及病毒皆见于废水中。未处理废水每ml可能含数百万个细菌，其中包括大肠型细菌、链球菌、厌气性产芽胞杆菌、变形杆菌组及源自人类肠道之其它细菌。其它微生物则来自地下水、地面水及大气水或工业废水等。
废水之处理效果依微生物所进行之生化反应而定，表29~2所列。于废水处理过程中之各阶段，优势生理型之细菌也可能发生改变，而反应条件自高度需气性至绝对厌气性不等。
（３）生化需氧量（Biochemical oxygen demand；BOD）
生化需氧量乃微生物以需气性分解废水中之有机质时，所需之可溶性氧量。处理废水使其重返河川或湖泊之一基本原因乃减少可溶性氧之水源排放于水体中。BOD之大小表示污水之有机物质含量，可氧化之有机质愈多，BOD愈高。废水之"强度"即以BOD之程度表示之。数值高表示有机物质含量高，反之，数值低，表示仅含少量之可氧化物质。
水体之生命，高度仰赖维持可溶性氧量之能力，而该氧量乃维持水栖生命所必需。若无可溶性氧，鱼将窒息，且毁灭正常之水栖生物。
２. 废水处理
未经处理废水不能因无不良严重后果而加以弃置，经处理废水若处置不当则可产生下列不良情况：
（A）增加致病性微生物布之可能性。
（B）增加天然水体供应饮水之危险性。
（C）污染牡蛎及其它贝类，对人类之食用产生安全之虞。
（D）因捕食场地之污染大量流失水禽族群。
（E）增加游泳之危险性，降低其它娱乐活动之价值。
（F）污水中之不稳定有机物质耗尽水中之氧源，致死水栖生物。
（G）构成不良环境如可厌气味、残屑之聚集，故降低性质上之价值与娱乐方面之利用。
废水处理方法繁多，依其应用可分为独宅或单独建筑物，及社区或都市等之处理方式。
（１）独宅或单独建筑物
独宅或其它单独建筑物如汽车旅馆与构物中心，其废水之处理与清理可使用厌气性消化槽或需气性消化槽。腐化池（septic tank）乃厌气性消化槽，一般用于限量之废水，如图29~20所示。本池职司两项工作，即固体物质之沈淀与沈淀物之生物分解。聚集于池底之物质是谓污泥（sludge）。当污水进入腐化池后，沈淀发生于下层部分，使水液中之悬浮固体物减少便于排放。沈淀之固体物质不断为厌气菌所分解，终末产物为有机化合物，BOD高具有气味。腐化池之流出物经弃置区散布于土壤表面之下，如图29~20所示。微生物之进一步分解，大部分为流出中有机物质之有氧氧化，发生于流出液渗经排放区之时。此种处理法不能保证所有致病原之去除，因此必需严防处理系统之排放水渗入饮水源。
需气性废水处理系统，现有商业化设计，适用于小单位，糟之设计分为数室并附设备将流入固体物减至小微粒之大小。另有通气室与流出沈淀室，将氧打入通气室，使不断进行氧化及废水固体物之需气性分解。此单位特适于土壤渗透不良之地区，如含有许多石头与岩石之湿地或土壤。
（２）都市设备
都市废水处理厂进行一系列处理过程（图29~21，发现29~2），各层次之处理依净水法规要求，其概要如表29~3所示，兹简述如下：
（A）第一级处理：以物理方式移除粗固体物质。
（a）筛选（screening）：移去最大固物如盒、轮胎、瓶、及罐等可焚化，压碎或作为填平。
（b）沙砾室（grit chamber）：除去较小固体物，如碎石。
（c）沈淀（初级沈淀）：移去更小颗粒物质如粪便及纸等，此颗粒物质（污泥或生物固体物；biosolid）常于污泥消化器中，藉厌气分解法进行生物处理。
（B）第二级（生物）处理：有机物质之分解与之降低，可用下列之方法：
（a）散水滤床法（trickling filter）：将废水散布（构成通气）于石床上，每一岩石被覆细菌之黏液质团，是谓黏液菌群（zoogloea），可分解滴漏于岩石上之水成分。如图29~22与29~23。
（b）活化污泥法（activated sludge process）：废水激烈通气，以致形成颗粒，富含需气性分解微生物，此反应于通气糟中进行，随之进一步沈淀，以移除生物固体物。
（c）氧化池（礁湖，lagoon）：乃深2~4英尺之浅池，池中之藻类如绿藻可消耗废水之营养，产生氧，供需气性分解。
（d）污泥消化（sludge digestion）：分解第一级处理与第二级处理期间所聚集之固体物质，厌气菌之污泥消化发生于槽之深处，产生甲烷（可供燃料之用）、二氧化碳、及少量之氮与氢。厌气性废水分解乃一缓慢反应。
（C）第三级处理，移除第二级处理后所残留之其它污染物。可产生高品质之废水，适于重用。第三级处理包括下列其中之一或以上久步骤：
（a）化学凝絮作用（chemical flocculation）：移除多数之残留颗粒物质。
（b）最后过滤（final filtration）：移除固体物加以干燥与焚化，或无填土或作为肥皂。
（c）除去或减少磷酸盐与硝酸盐。
（d）液体流出物以氯消毒，致死微生物，其中部分可能为致病性微生物。最后流出物于排入水体前，需先经去氯处理，因氯对水栖生物有害。
发现29~2：利用都市回收废水供灌溉
许多干旱与半干旱地区，都市废水已确立陆地之实际应用，有些地区其农业与与风景区之灌溉用水约70~85﹪为废水之利用。美国用水逐渐增加，以收回之都市废水供灌溉，已成为总水源计划与开发中合理而重要部分。
来自加州240个城市之废水、每年均有220000亩呎用于农业与风景区之灌溉。此外，每年约有610000亩-呎经处理废水，排入地表水或地下水，偶而重用。将近一半以上之收回都市废水（5﹪）﹪用于灌溉粮草、纤维与种子作物，其利用不需高度处理。约7﹪用于灌溉果园、葡萄树及其它食用作物。高尔夫球场与风景区之灌溉每年所用回收废水约14﹪，且正增加中。
回收都市废水使用量逐渐增加之原因包括：（1）于价格竞争下，缺乏淡水；（2）可能利用都市回收废水作为植物营养；（3）可能获得高品质之流出物；（4）需建立水资源计划，包括蓄水与重用；（5）不而高价而附合严格之水污染管制要求，包括都市需一步之废水处理设备。
以都市废水灌溉虽系废水处理之有效利用，但有些用于农业或风景区之灌溉，则需进一步处理。处理之程度乃废水灌溉系统之计划、设计与管理之重要因子。应用前之处理，需维护公共卫生，防止应用与储存时之不良状态，避免对作物、土壤与地下水之伤害。
＊资料取自California Agriculture, March-Apirl 1987, Division of Agriculture and Natural Resources, Oakland, Calif.
３. 废水处理之经济问题
美国处理废水之平均成本以分/1000加计算，但如进一步处理，成本即显著增加。以现代与精密废水处理法，可能产生可饮水，惟其处理成本极高。但有些国家则无选择，因生水难求。依成本与利益之评估，必须决定欲重用水之品质层次及有利之其它水资源。随着水量之需求增加以及需洁净环境，确实增加水之成，本惟过去曾一度被视为免费与用之不竭。
自我测验
１.废水之可能成份为何？
２.简述现代废水处理厂之步骤，并说明微生物于处理过程中各步骤所司角色？
３.以废水处理而言，何谓BOD？假设废水处理厂之流出物具有高度之BOD表示何意？
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